Proprietà meccaniche delle cere esenti da PTFE per rivestimenti

Gehan Eltanany, Ralf Eberhards – LUBRIZOL

Con l’inasprirsi delle norme legislative contrarie all’uso di PFAS, i produttori di rivestimenti sono alla ricerca di additivi in grado di offrire alternative al politetrafluoroetilene (PTFE). La buona notizia è che gli additivi sviluppati recentemente per cere e dispersioni offrono notevoli opportunità di utilizzo nei rivestimenti per barattoli e coil coating di alta prestazione. Il PTFE è un comune polifluoropolimero utilizzato in una varietà di industrie per le proprietà vantaggiose fornite. Proprietà quali l’eccellente resistenza ad agenti chimici, il basso coefficiente di attrito, la buona resistenza al calore e alle basse temperature e la superiore durabilità superficiale rendono il PTFE particolarmente utile nell’industria dei rivestimenti per applicazioni quali l’imballaggio di metallo e coil. Le particelle PTFE creano un effetto microsuperficiale che accentua queste ricercate proprietà, spesso definito effetto a tridimensionalità sferica.

I nocivi PFAS con basso peso molecolare (sostanze perfluoroalchiliche e polifluoroalchiliche), quali i PFOA (acido perfluoroottanoico) e PFOS (acido perfluorosolfonico) vengono utilizzati per la polimerizzazione del PTFE. Queste sostanze vengono realizzate in fasi di processo in sequenza del PTFE pronto, che ha determinato la crescente pressione legislativa su PFAS, compreso il PTFE.

La legislazione UE attualmente vieta la produzione, l’utilizzo e l’immissione sul mercato di qualsiasi prodotto che contenga più di 25 parti per miliardo (ppb) di PFOA o PFOS. Nel 2023, è stato utilizzato lo stesso limite massimo per regolare più sostanze chimicamente simili e che hanno proprietà simili al PFOA e PFOS, ad esempio il C9-C14 PFCA (acido perfluorocarbossilico) e C6 PFCA. è stata proposta un’ulteriore restrizione ai paesi UE che metterebbe al bando molte aree di utilizzo dei processi chimici PFAS, fra cui i perfluoropolimeri come i PTFE.

I formulatori e i produttori di rivestimenti hanno dovuto adattare le loro tecnologie per conformarsi alle nuove disposizioni legislative e per mantenere la conformità per il futuro. Un contributo è stato offerto dai produttori di additivi che hanno messo a punto i modificatori superficiali esenti da PTFE con l’ausilio di materie prime nuove e alternative che possono essere incorporate nelle formulazioni di can e coil coating in conformità con le normative vigenti, pur continuando a fornire proprietà equivalenti a quelle delle cere tradizionali a base di PTFE.

Valutare le cere esenti da PTFE
I rivestimenti per barattoli e coil contengono tipicamente cere a base di PTFE per soddisfare i requisiti prestazionali di utilizzo finale. Lubrizol ha sviluppato cere esenti da PTFE con il marchio Lanco™ fornendo alternative conformi ed ecocompatibili ai prodotti a base di PTFE. Nell’analisi delle proprietà meccaniche, del coefficiente di attrito e della brillantezza, queste nuove tecnologie esenti da PTFE hanno dimostrato di fornire una prestazione equivalente in applicazioni specifiche ai prodotti contenenti PTFE.

Il sistema valutato era una melammina epossi-fenolica a base solvente (SB), il rivestimento non conteneva bisfenolo. Il contenuto di additivo cera nel rivestimento era pari allo 0,5% sul totale del peso della formulazione. Il campione di riferimento contiene l’additivo cera a base di PTFE ed è stato utilizzato come prodotto di riferimento. Il campione di controllo è una formulazione di inchiostro privo di cera.

Attrito comparabile alle cere a base di PTFE
La Figura 1 mostra che non vi è una differenza apprezzabile in CoF del sistema a base solvente. Tutti gli additivi esenti da PTFE riducono il CoF da 0,25 (campione senza cera) a 0,06. Ancora più importante osservare che le formulazioni contenenti cere esenti da PTFE hanno fornito risultati comparabili a quelli della formulazione contenente cera a base di PTFE.

Superiore resistenza alla scalfittura
I rivestimenti contenenti cere esenti da PTFE apportano migliorie alla durezza del film e forniscono una prestazione comparabile a quella delle cere a base di PTFE, come mostrato in Figura 2. Grazie all’impiego di questi nuovi additivi cera, la resistenza alla scalfittura può essere migliorata in modo sostanziale fino a 1150 g. Questi dati di ricerca indicano anche che le cere alternative esenti da PTFE sono molto efficaci nel migliorare la durezza superficiale dei rivestimenti.

Valutazione della resistenza all’abrasione
I risultati dell’abrasione sono stati valutati a occhio nudo per quanto concerne l’usura utilizzando una scala da 0 a 10, dove 0 corrisponde all’abrasione totale (0= pessimo) e 10 nessuna abrasione
(10= eccellente).
I rivestimenti privi di cera hanno presentato un’abrasione severa. Le formulazioni contenenti cere hanno mostrato un’alta resistenza all’abrasione, in particolare, le cere esenti da PTFE e a base di PTFE si sono rivelate comparabili.

Ritenzione della brillantezza
I risultati relativi alla brillantezza, misurata con un misuratore della brillantezza a 60° indicano che i valori di brillantezza per tutte le formulazioni a base solvente più cera sono simili. Una formulazione a base solvente preparata con additivi esenti da PTFE fornisce risultati comparabili a quelli della formulazione del rivestimento PTFE.
Questi dati indicano che le cere alternative esenti da PTFE sono molto efficaci nel migliorare la ritenzione della brillantezza della superficie rivestita.

Un’alternativa valida al PTFE
Sono state analizzate tre cere micronizzate e tre cere in dispersione come alternative a PTFE per rivestimenti per barattoli. Queste cere esenti da PTFE con marchio Lubrizol Lanco sono state sviluppate al fine di ridurre il CoF e migliorare le proprietà meccaniche, che consentono una lavorazione più veloce e di proteggere il rivestimento superficiale dal danneggiamento meccanico durante il trasporto e l’uso. I risultati dei test compiuti hanno mostrato che questi additivi esenti da PTFE forniscono una prestazione equivalente e rappresentano un’alternativa ai prodotti a base di PTFE.

In Italia questi prodotti sono distribuiti da Urai

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